5
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Pengertian Komposit
Berdasarkan definisi, komposit atau materi komposit merupakan suatu materi yang tersusun atas lebih dari dua elemen penyusunnya. Komposit bersifat heterogen dalam skala makroskopik. Bahan penyusun komposit tersebut masing-masing memiliki sifat yang berbeda, dan ketika digabungkan dalam komposisi tertentu terbentuk sifat-sifat baru yang disesuaikan dengan keinginan. Pada umumnya dalam proses pembuatannya melalui pencampuran yang homogen, sehingga kita leluasa merencanakan kekuatan material komposit yang kita inginkan dengan jalan mengatur komposisi dari material pembentuknya. Komposit merupakan gabungan antara bahan matriks atau pengikat dengan penguat.
Penguat adalah komponen yang dimasukkan ke dalam matriks yang berfungsi sebagai penerima atau penahan beban utama yang dialami oleh matriks. Sedangkan matriks adalah bagian dari komposit yang mengelilingi partikel penyusun komposit, yang berfungsi sebagai bahan pengikat partikel dan ikut membentuk struktur fisik komposit. Matriks tersebut bergabung bersama dengan bahan penyusun lainnya, oleh karena itu secara tidak langsung mempengaruhi sifat-sifat fisis dari komposit yang dihasilkan.
Bentuk (dimensi) dan struktur penyusun komposit akan mempengaruhi karakteristik komposit, begitu pula jika terjadi interaksi antara penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit. Material komposit terdiri dari lebih dari satu
6
tipe material dan dirancang untuk mendapatkan kombinasi karakteristik terbaik dari setiap komponen penyusunnya. Dibanding dengan material konvensional, bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya memiliki kekuatan yang dapat diatur, berat yang lebih ringan, kekuatan dan ketahanan yang lebih tinggi, tahan korosi, dan tahan keausan.
Jenis-jenis material komposit berdasarkan jenis penguatnya dibagi menjadi 3: 1. Komposit serat, yaitu komposit yang terdiri dari serat dan bahan dasar yang
difabrikasi, berikut gambar 1. makrokopisnya merupakan serat + resin adalah metode pembuatan papan komposit yang akan digunakan.
+ =
Matriks resin BQTN-157EX Penguat/serat PapanKomposit
2. Komposit berlapis (laminated composite), merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabungkan menjadi satu dan setiap lapisannya memiliki karakteristik khusus. Contohnya polywood, laminated glass yang sering digunakan sebagai bahan bangunan dan kelengkapannya 3. Komposit partikel (particulate composite), yaitu komposit yang menggunakan
partikel atau serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriks. Komposit yang terdiri dari partikel dan matriks seperti butiran (batu dan pasir) yang diperkuat dengan semen yang sering kita jumpai sebagai beton.
7
Berdasarkan matriksnya, komposit dibagi menjadi:
1. Metal matrix composites (MMC) yaitu komposit yang menggunakan matriks logam.
2. Ceramic matrix composites (CMC) yaitu komposit yang menggunakan matriks keramik.
3. Polymer matrix composites (PMC) yaitu komposit yang menggunakan matriks polimer.
Keunggulan komposit dapat dilihat dari sifat-sifat bahan pembentuknya serta ciri-ciri komposit itu sendiri, antara lain:
a. Bahan ringan, kuat dan kaku.
b. Struktur mampu berubah mengikuti perubahan keadaan sekitarnya. c. Unggul Atas Sifat-Sifat Bahan Teknik Yang Diperlukan; Kekuatan Yang
Tinggi, Keras, Liat/Kenyal, Ringan Serta Tahan Terhadap Goresan, Tekanan/Lenturan Dan Pukulan (Impak).
Kegagalan komposit sangat dipengaruhi oleh presentase komposisi campuran. Mekanisme kegagalan yang dapat terjadi pada komposit seperti:
a. Kerusakan serat (fiber breaking). b. Keretakan matriks (matrix cracking).
c. Berpisahnya lapisan antara (interface debonding). d. Delaminasi (delamination)
8
Tabel 1. Karakteristik Matrix unsaturated polyester resin BTQN –157 EX
Sifat Mekanik Satuan Besaran
Berat Jenis (ρ) kg/m3 1,215
Modulus Young ( E) Gpa 0,03
Kekuatan Tarik (σT) Kgf/mm2 55
Elongation % 1,6
Sumber: Justus Kimia Raya, 2001
Tabel 2. Perbandingan Sifat Mekanik Serat Alam Jenis serat Kekuatan tarik rata-rata
(MPa)
Modulus Tarik rata-rata (GPa)
Serat Bambu 25 – 35
Serat TKKS 253 16
Coir, Cocos nucifera 220 6
Sisal,Agave sisilan(pandan)
400 – 600 38
Jute (ngom) 430 – 530 10 -30
Hemp (ganja) 550 – 900 70
Serat Pelepah Kelapa Sawit
4,2 -9,1 0,37 – 0,66 Sumber: Arif dan Zainal. 2012.
B. Desain Produk
Desain produk adalah perubahan atau penggantian informasi yang mencirikan terhadap kebutuhan dan persyaratan sebuah produk untuk menjadi pengetahuan tentang produk tersebut. Penggantian informasi ini bertujuan untuk menciptakan dan mengevaluasi produk sesuai dengan tujuan yang akan dicapai. Proses pembuatan berbagai teknik dan prinsip-prinsip ilmiah, hal ini merupakan definisi desain teknik yang bertujuan sebagai sebuah proses atau sebuah sistem yang cukup terperinci untuk memungkinkan terealisasi dalam pembuatannya. Suatu desain produk yang baik dapat menghasilkan pengembangan produk yang sukses. Desain didasarkan pada kelebihan produk,
9
praktis dalam pembuatan, biaya fabrikasi yang relatif lebih murah, pemasaran. Sementara pada faktor kombinasi adalah dimana desain produk tersebut memenuhi persyaratan yang dibutuhkan pelanggan. Prinsip dasar proses desain adalah:
1. Berfungsi Untuk Meminimalisir Pemakaian Material. 2. Mendaur Ulang (Recycle).
3. Ketidaksesuaian Dengan Kebutuhan. 4. Menghindari Kerja Ulang (Re-Work).
5. Kebutuhan efisiensi dan kesesuaian terhadap standar Tahapan proses desain yaitu:
1. Mengidentifikasi kebutuhan, atau bisa diartikan sebagai gambaran dan pernyataan masalah yang samar-samar untuk dikembangkan dari sebuah informasi.
2. Mengindentifikasi dan memahami masalah, selanjutnya memulai tujuan. 3. Memahami konsep asli.
4. Menciptakan spesifikasi tugas yang terperinci dan membuat batasan masalah.
5. Membuat sebanyak mungkin alternatif pendekatan desain, umumnya pada tahapan ini menentukan nilai dan kualitas.
6. Penyelesaian tahap-tahap sebelumnya selanjutnya menganalisa lalu menentukan diterima, ditolak ataupun dimodifikasi/desain ulang. Lalu ditetapkan solusi yang dipilih.
10
8. Pengerjaan detail yaitu pembuatan gambar teknik, identifikasi penyuplai (vendor) serta membuat spesifikasi manufaktur, dan lain-lain.
9. Merealisasi desain dengan membuat prototipe. 10. Menentukan kuantitas produksi.
C. Material Komposit
Komposit adalah penggabungan dua atau lebih material yang berbeda sebagai suatu kombinasi yang menyatu. Bahan komposit terdiri dua unsur,yaitu serat (fiber ) sebagai pengisi dan bahan pengikat serat disebut matriks. Di dalam komposit unsur utamanya serat,sedangkan bahan pengikatnya polimer yang mudah di bentuk. Penggunaan serat sendiri yang utama adalah menentukan karateristik bahan komposit, seperti kekakuan, kekuatan serta sifat mekanik lainnya.
Berdasarkan penempatannya komposit terdiri dari tipe : 1. Continuouse Fibre Composite
Susunan serat panjang dan lurus,membentuk lamina di antara matriksnya. 2. Woven Fibre Composite ( bi – directional )
Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan anatara lapisan karena Susunan seratnya mengikat antara lapisan sususnan memanjangnya yang Tidak begitu lurus mengakibatkan kekakutan melemah.
3. Discountinus Fibre Composite 4. Hybrid Fibre Composite
11
Merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dengan serat acak. Tipe ini digunakan supaya dapat menganti kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.
Berikut ini jenis-jenis serat dan contoh bahannya yang dapat digunakan sebagai penguat pada material komposit secara umum.
Tabel 3. Jenis-jenis Serat Dan Contoh Bahannya Yang Dapat Digunakan Sebagai Penguat Pada Material Komposit Secara Umum.
No Jenis Contoh
1 Serat Organik Selulosa, Polypropilena, High Modulus Polythylena, Grafit Karbon, Sabut Kelapa, Ijuk, Sabut Kelapa Sawit. 2 Serat Anorganik Asbes, Gelas, Metal, Keramik, Boron,
Dan Lain – Lain.
Sumber: Sidabutar dan Novalizar. 2009.
D. Serat Sebagai Penguat
Bahan penguat merupakan komponen yang lebih kuat dan yang memikul beban. Agar bahan penguat dapat memikul beban, penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi. Ikatan antara matrik dan bahan penguat sangat kritis sehubungan dengan beban diteruskan dari matrik ke serat atau batang. Matrik mempunyai sifat (properties).
Fungsi dari pada matriks adalah membungkus serat sekaligus melindunginya dari kerusakan. Selain dari pada itu matriks juga mendistribusikan beban dari pada serat.Secara umum dikatakan fungsi serat adalah sebagai penguat bahan untuk memperkuat komposit sehingga sifat-sifat mekaniknya lebih kuat, kaku, tangguh, dan lebih kokoh bila dibandingkan tanpa serat penguat. Selain itu serat juga dapat menghemat penggunaan resin.
12 1. Serat Pelepah Kelapa Sawit ( SPKS )
Salah satu limbah perkebunan kelapa sawit yang berpotensi untuk di optimalkan sebagai pembuatan papan komposit dari serat pelepah kelapa sawit yang di panen menghasilkan 22 pelepah/tahun dan rataan bobot pelepah sawit per batang mencapai 2,2 kg sehingga setiap tahun dengan 1,64 ton/ha.tahun.di dalam kandungan serat pelepah kelapa sawit mengandung lignin (17,4 %), seluosa (31,7 %) dan hemiseluosa (23,1 %). yang mirip dengan bahan kimia penyusun kayu. Sedangkan penelitian yang dilakukan oleh sebuah institusi komersial terhadap komposisi bahan kimianya diketahui bahwa kandungan bahan serat tandan kosong kelapa sawit merupakan kandungan terbesar seperti terlihat pada tabel 3. Berdasarkan data (tabel 3). Maka terlihat bahwa kandungan yang sangat dominan adalah serat, sehingga akan mampu memberikan sifat mekanik yang cukup baik terhadap material komposit yang akan dibentuk.
Tabel 4. Parameter tipikal Serat pelepah kelapa sawit
No Bahan-Bahan Kandungan Presentase (%)
1 Abu 2,74 2 SiO2 0,83 3 Holoselulosa 36,74 4 Alfa Selulosa 36,74 5 Sari (Ekstraksi) 1,81 6 Lignin 21,39 7 Pentasan 22,19
8 Kelarutan dalam air dingin 11,05
9 Kelarutan dalam air hangat 11,52
10 Kelarutan dalam 1 % NaoH 30,32
13
Gambar 2. Merupakan Serat Hasil Pencacahan Serat Kelapa Sawit Yang Telah Dihaluskan
Masalah yang sering timbul pada saat penggunaan limbah dari pelepah kelapa sawit ini terdapat kandungan zat ektraktif dan asam lemak yang sangat tinggi, sehingga dapat menurunkan sifat material yang di bentuk.serat pelepah kelapa sawit memiliki kandungan komposisi yaitu netrural detergent fiber 78,7 %, acid detergent fiber 55,5 %, hemiselulosa 23,1 %, selulosa 31,7 %, lignin 17,4 %, silika 0,6 %. Sehingga pada pembuatan material ini serat kelapa sawit terlebih dahulu direndam kedalam larutan NaOH 0,4 % selama sehari, kemudian dicuci dengan air bersih, dan dikeringkan pada suhu kamar selama kurang lebih 3 hari. Tabel 5. Perbandingan Tensile Strength Dan Tensile Modulus Serat Alam
Natural Fiber Name Ave. Tensile Strength (MPa)
Ave.Tensile Modulus (GPa)
Bamboo fiber 25 – 35
(EFB) Ǿ= 0.44 mm 253 16
Coir, cocos nucifera 220 6
Sisal, agave sissalan 400-600 38
Jute 430 – 530 10 – 30
Hemp 550 – 900 70
14 2. Matriks
Matriks adalah bahan yang dipergunakan untuk menyatukan atau mengikat serat tanpa bereaksi dengan serat penguat secara kimia dalam satu komposit. Sacara umum matriks terbagi atas dua kelompok :
1. Resin thermoset
Resin ini merupakan bahan yang tidak dapat didaur ulang, karena molekul – molekulnya mengalami ikatan silang.
2 Resin termoplastik
Resin ini merupakan bahan yang dapat menjadi lunak kembali apabila dipanaskan dan mengeras apabila didinginkan sehingga bahan ini dapat didaur ulang.
Adapun fungsi matriks dalam material komposit adalah : a. Melindungi material komposit
b. Penyatu atau pengikat serat c. Mentransfer beban ke serat
3. Resin unsaturated polyester resin BTQN-157 EX
Resin unsaturated polyester resin BTQN-157 EX adalah salah satu Resin thermoset contoh polimer penyikat .
Sifat fisik
a. Memiliki sifat tidak dapat meleleh b. Absorpsi air yang rendah
c. Dapat dicetak tekan atau transfer d. Memiliki permukaan yang keras
15 e. Dapat diberi berbagai jenis warna
Tabel 6. Sifat Karakteristik Mekanik Unsaturated Polyester Resin BTQN 157EX
Sifat Mekanik Satuan Besaran
Masa Jenis g/cm3 1,47 – 1,52
Kekuatan Tarik Kgf/mm2 4,2 – 9,1
Perpanjangan % 0,4 – 1,0
Ketahanan Panas *C 75
Sumber : Jurnal Penekitian urea Formaldehi Sifat kimia
A. Thermosetting
B. Tidak larut dalam pelarut apapun
C. Kenaikan temperatur dapat menurunkan berat molekul (Mr) unsaturated polyester resin BTQN-157EX. Hal tersebut dikarenakan adanya pembentukan pusat-pusat aktif yang baru, sehingga memperkecil ukuran molekul resin.
D. Unsaturated polyester resin BTQN-157 EX lebih buruk daripada resin fenol, resin melamin, dsb, yaitu dalam hal ketahanan air, kestabilan dimensi, dan ketahanan terhadap penuangan, sehingga sifat-sifat tersebut diperbaiki dengan penambahan bahan lain atau diproses menjadi kopolimer dengan fenol, melamin, dsb.
Bahan tersebut digunakan untuk membuat barang-barang yang digunakan sehari-hari seperti pelindung cahaya, soket, alat-alat listrik, kancing, tutup wadah, kotak, baki, canvas rem dan mangkuk serta dapat digunakan untuk bantalan kereta api. Salah satu jenis resin yang digunakan sebagai bahan perekat
16
dan pelapis kayu atau kertas. Resin ini digunakan untuk mencegah berkerut dan kusutnya kain katun dan untuk mencegah menyusutnya kayu.
Digunakan untuk laminating Karena resin ini sangat terang warnanya dan sehingga lebih cocok untuk pemakaian dekoratif. Contohnya : Counter berwarna cerah dan taplak-taplak dibuat dengan kertas yang diimpregnasi resin urea, serta kayu lapis interior dekoratif biasanya menempel dengan resin unsaturated polyester resin BTQN-157 EX karena resin fenol yang berwarna gelap bisa menjadi lapisan pernisnya. Akan tetapi, kayu lapis eksterior merekat dengan damar fenol karena mempunyai ketahanan cuaca yang lebih baik.
E. Teknik Pembuatan Material Komposit
Pembuatan material komposit pada umumnya tidak melibatkan penggunaan suhu dan tekanan yang tinggi. Hal ini disebabkan material ini mudah menjadi lembut atau melebur. Proses pencampuran ini dilakukan pada saat matriks dalam keadaan cair. Ada beberapa metode pembuatan material komposit diantaranya adalah:
1. Metode penuangan secara langsung 2. Metode pemampatan atau tekanan. 3. Metode pemberian tekanan dan panas.
Metode penuangan secara langsung dilakukan dengan cara melekatkan atau menyentuhkan material-material penyusun pada cetakan terbuka dan dengan perlahan-lahan diratakan dengan menggunakan roda perata atau dengan pemberian tekanan dari luar. metode ini cocok untuk jenis serat continiu, pada metode pemampatan atau dengan menggunakan tekanan ini menggunakan prinsip
17
ekstrusi dengan pemberian tekanan pada material bakunya yang dialirkan kedalam cetakan tertutup.
Metode ini umumnya berupa injeksi, mampatan atau semprotan. Material yang cocok untuk jenis ini adalah penguat partikel. Metode selanjutnya adalah metode pemberian panas dan tekanan, dimana metode ini menggunakan tekanan dengan pemberian panas awal yang bertujuan untuk memudahkan material komposit mengisi pada bagian-bagian yang sulit terjangkau atau ukuran yang sangat kecil.
F. Teknik Pengujian uji Tekan Pada Papan Komposit
Uji tekan adalah pengujian terhadap material dengan pembebanan arah vertical dari spesimen yang ditempatkan pada mesin uji UTM (Universal Tensile Machine) dengan posisi vertical agar spesimen yang di uji dapat ditekan, sample ditekan sampai material uji terdeformasi dan terbaca nilai kekuatan pada alat ukur.
Gambar 11. Alat Uji Tekan Universal Tensile Machine
Nilai kekuatan tekan ditujukan dengan pengujian Pada saat material uji patah akibat beban yang diberikan di atasnya, tegangan maksimum tekan terjadi pada permukaan bagian atas
18
Kekuatan papan umumnya diuji pada keadaan kering meliputi modulus patah dan modulus elastisitas. Pada standar Indonesia tahun 1983 hanya madolus patah saja, sedangkan pada standar Indonesia tahun 1996 meliputi modulus patah dan modulus elastisitas. Bila papan kompositnya termasuk tipe eksterior, pengujian modulus patah pada keadaan patah dilakukan setelah contoh uji direndam dalam air mendidih selama 2 jam kemudian dalam air dingin (suhu kamar) selama 1 jam. Untuk papan komposit tipe interior pengujian modulus patah dalam keadaan basah dilakukan setelah contoh uji direndam dalam air panas (700C) selama 2 jam kemudian dalam air dingin (suhu kamar) selama 1 jam.
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah produk yang dihasilkan telah memenuhi berdasarkan standar ASTM 790-99 dan kemampuan yang ditentukan untuk suatu penggunaan tertentu.
